(57)【要約】  セル電池４−１〜７−ｋを複数接続した電力貯蔵装置１１に接続され、電力貯蔵装置１１の充電状態を推定する充電状態推定装置１０であって、ＳＯＣ前回値を初期値として、電力変換装置１２からの電力貯蔵装置１１に流出入する総電流Ｉａｌｌを検出する電流検出器１７からの電流に基づいて電流積算値を演算し第１の充電状態推定値ＳＯＣ１として出力する第１のＳＯＣ演算部２０と、電力貯蔵装置１１の放電停止後に、電力変換装置１２と電力貯蔵装置１１との接続箇所で検出された総電圧Ｖａｌｌと、総電圧Ｖａｌｌの前回値と、電力貯蔵装置１１の放電停止後の時間の経過とともに低下するゲインＫ３と、に基づいて開回路電圧を推定し第２の充電状態推定値ＳＯＣ２０として出力する第２のＳＯＣ演算部２４を備える。
2011118039.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セル電池を複数接続した電力貯蔵装置に接続され、前記電力貯蔵装置の充電状態を推定する充電状態推定装置であって、
充電状態推定値の前回値を初期値として、電力変換部からの前記電力貯蔵装置に流出入する電流を検出する検出器からの電流に基づいて電流積算値を演算し第１の充電状態推定値として出力する第１の演算部と、
前記電力貯蔵装置の充放電停止後に、前記電力変換部と前記電力貯蔵装置との接続箇所で検出された電圧と、前記電圧の前回値と、前記電力貯蔵装置の充放電停止後の時間の経過とともに低下するゲインと、に基づいて開回路電圧を推定し第２の充電状態推定値として出力する第２の演算部と、
前記第１の充電状態推定値と前記第２の充電状態推定値との何れかを選択する選択部と、
を備えたことを特徴とする充電状態推定装置。
【請求項２】
セル電池を複数接続した電力貯蔵装置に接続され、前記電力貯蔵装置の充電状態を推定する充電状態推定装置であって、
充電状態推定値の前回値を初期値として、電力変換部からの前記電力貯蔵装置に流出入する電流を検出する検出器からの電流に基づいて電流積算値を演算し第１の充電状態推定値として出力する第１の演算部と、
前記電力貯蔵装置の充放電停止後に、前記電力変換部と前記電力貯蔵装置との接続箇所で検出された電圧と、前記電圧の前回値と、前記電力貯蔵装置の充放電停止後の時間の経過とともに低下するゲインと、に基づいて開回路電圧を推定し第２の充電状態推定値として出力する第２の演算部と、
充電状態推定値の前回値と前記第２の演算部からの第２の充電状態推定値とに基づいて、前記第２の演算部の演算周期における第２の充電状態推定値の変化量を所定値以下に制限する変化量制限部と、
前記第１の充電状態推定値と前記変化量制限部からの出力との何れかを選択する選択部と、
を備えたことを特徴とする充電状態推定装置。
【請求項３】
前記第２の演算部は、
前記電圧平均値と前記電圧平均値の前回値との差分に前記ゲインを乗じた値に、前記電圧平均値の前回値を加算して、開回路電圧を推定することを特徴とする請求項１または２に記載の充電状態推定装置。
【請求項４】
前記第２の演算部は、
前記電力変換部と前記電力貯蔵装置との接続箇所で検出された電圧のセル電池電圧平均値を求め、前記セル電池電圧平均値と前記セル電池電圧平均値の前回値との差分に前記ゲインを乗じた値に、前記セル電池電圧平均値の前回値を加算して、セル電池の開回路電圧を推定することを特徴とする請求項１または２に記載の充電状態推定装置。
【請求項５】
前記電力貯蔵装置の容量低下に応じて補正された電池容量と、前記電流積算値を第１の充電状態推定値に変換するゲインと、を対応付けて格納するテーブルを備え、
前記第１の演算部は、
前記テーブルを参照し、前記電池容量に対応する第１の充電状態推定値を演算することを特徴とする請求項１または２に記載の充電状態推定装置。
【請求項６】
前記電力貯蔵装置の充放電停止後の時間の経過とともに低下し、かつ、電池温度に依存して変化するゲインを算出するゲイン算出部を備え、
第２の演算部は、
前記電圧平均値と、前記電圧平均値の前回値と、前記ゲイン算出部からのゲインと、に基づいて開回路電圧を演算することを特徴とする請求項１または２に記載の充電状態推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の充電状態（ＳＯＣ:State Of Charge）推定を行う装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、鉄道システムにおいて、運行時のエネルギーを供給したり減速停止時の回生エネルギーを回収したりするために電池を使用する場合、扱う電力量が大きいことから多数のセル電池を直並列に接続して使用する。このとき、車両の運行および電池の充放電制御にはＳＯＣの把握が必要である。【０００３】
従来から、充放電電流積算を用いる方式と、平衡状態にある二次電池の開回路電圧とＳＯＣとの関係を用いる方式と、を併用して電池のＳＯＣを推定する方法が知られている（例えば、下記特許文献１）。特許文献１に示される方法は、充放電時には電流積算からＳＯＣを推定し、待機時には開回路電圧を推定することでＳＯＣを推定するというものである。【０００４】
また、開回路電圧推定方法に関しては、充放電後の電圧変化を用いて開回路電圧を推定する例などがある（例えば、下記特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１９９７２３号公報
【特許文献２】特開２００７−３３３４７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１の方法は、開回路電圧の推定に電池の等価回路を用いており、これには温度やＳＯＣに依存した内部抵抗値が必要であり、さらに電池の劣化も考慮しなければならないという問題があった。【０００７】
他方、多数の電池からなる電力貯蔵装置のＳＯＣ推定を行う場合、電力貯蔵装置を構成する電池全体に対して、電池電圧および電池電流を測定することが望ましいわけであるが、電池電圧および電池電流を測定するセンサの分解能や精度は高くはなく、測定値にはリプルがみられることが多い。上記特許文献２は、電池の総電圧を測定して充放電後にその変化率が所定値以下となったときに所定値を加算することで開回路電圧を推定する。したがって、等価回路定数を用いずに総電圧値を測定するだけで推定できる。ただし、セルの開回路電圧が１ｍＶ異なるだけでＳＯＣに有意な差が発生するため、安定した値を得るには電圧測定精度が高くなければならないという問題がある。【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＳＯＣ推定値の変動を抑制することができる充電状態推定装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、セル電池を複数接続した電力貯蔵装置に接続され、前記電力貯蔵装置の充電状態を推定する充電状態推定装置であって、充電状態推定値の前回値を初期値として、電力変換部からの前記電力貯蔵装置に流出入する電流を検出する検出器からの電流に基づいて電流積算値を演算し第１の充電状態推定値として出力する第１の演算部と、前記電力貯蔵装置の充放電停止後に、前記電力変換部と前記電力貯蔵装置との接続箇所で検出された電圧と、前記電圧の前回値と、前記電力貯蔵装置の充放電停止後の時間の経過とともに低下するゲインと、に基づいて開回路電圧を推定し第２の充電状態推定値として出力する第２の演算部と、前記第１の充電状態推定値と前記第２の充電状態推定値との何れかを選択する選択部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、第１の充電状態推定値を推定する第１のＳＯＣ演算部と、第２の充電状態推定値を推定する第２のＳＯＣ演算部と、可変ゲインと前回のＳＯＣの値とに基づいて第２の充電状態推定値の急変を抑制するＳＯＣ急変防止部と、を備えるようにしたので、電池電圧の測定精度が低い場合や測定電圧にリプルが見られる場合にもＳＯＣ推定値の変動を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の充電状態推定装置が適用される電気車の構成を示す図である。
【図２】図２は、図１の電力貯蔵装置の構成を示す図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１にかかる充電状態推定装置の構成を示す図である。
【図４】図４は、図３の第１のＳＯＣ演算部の構成を示す図である。
【図５】図５は、図３の第１のフラグ生成部の構成を示す図である。
【図６】図６は、図３の第２のフラグ生成部の構成を示す図である。
【図７】図７は、図３の第２のＳＯＣ演算部の構成を示す図である。
【図８】図８は、セル開回路電圧とＳＯＣとの関係を示す図である。
【図９】図９は、図７に示されるゲインＫ３の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、図３のＳＯＣ急変防止部の構成を示す図である。
【図１１】図１１は、図３のＳＯＣ選択部の構成を示す図である。
【図１２】図１２は、図３に示される単位遅延部の初期値を設定する回路の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態２にかかる充電状態推定装置の構成を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態３にかかる第２のＳＯＣ演算部の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明にかかる充電状態推定装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の充電状態推定装置１０が適用される電気車の構成を示す図であり、図２は、図１の電力貯蔵装置１１の構成を示す図であり、図３は、本発明の実施の形態１にかかる充電状態推定装置１０の構成を示す図である。
【００１４】
図１に示される電力変換装置（電力変換部）１２は、集電装置１４とリターン電流の戻り回路となる車輪１５とに接続され、直流電源となる変電所（図示せず）に接続された架線１３からの電力を受電する。図１に示される電圧検出器１８は、電力変換装置１２と電力貯蔵装置１１との接続箇所における電圧を検出する。電流検出器１７は、電力貯蔵装置１１に流出入される電流を検出する。充電状態推定装置１０は、電力変換装置１２からの電流指令Ｉａｌｌ＊と、電圧検出器１８で検出された総電圧Ｖａｌｌと、電流検出器１７で検出された総電流Ｉａｌｌとに基づいて、ＳＯＣ推定値を演算して出力する。
【００１５】
図２において、電力貯蔵装置１１は、電池モジュール２１−１から２ｎ−ｍを有して構成されている。電池モジュール２１−１は、セル電池６−１から６−ｋを直列接続したものである。同様に、電池モジュール２ｎ−１は、セル電池７−１から７−ｋを直列接続したものであり、電池モジュール２１−ｍは、セル電池４−１から４−ｋを直列接続したものであり、電池モジュール２ｎ−ｍは、セル電池５−１から５−ｋを直列接続したものである。各セル電池は、リチウムイオン二次電池のような繰り返し充放電が可能な二次電池であり、各セル電池のＳＯＣは、開回路電圧値を測定することにより観測可能である。なお、電力貯蔵装置１１には、ブレーカや電池監視装置等が設けられることがあるが、ここでは省略する。
【００１６】
電力貯蔵装置１１の端子間の電圧を総電圧Ｖａｌｌとする。充放電電流を総電流Ｉａｌｌとし、総電流Ｉａｌｌの値は、充電を正とする。また、電力貯蔵装置１１内のセル（モジュール）の並列数をｍとし、直列数をｎとする。ただし、ｎ＝モジュール数＊モジュール内のセル直列数である。なお、電力貯蔵装置１１を構成するセル数が多いため、充放電中は端子間の接続に用いられる導体やケーブルの抵抗成分に起因する電圧が総電圧Ｖａｌｌに加算される。
【００１７】
図１では、総電圧Ｖａｌｌおよび総電流Ｉａｌｌを、電力変換装置１２と電力貯蔵装置１１との間に設置された電圧検出器１８および電流検出器１７を用いて測定しているが、これに限定されるものではなく、図示しない充放電回路側で測定された総電圧Ｖａｌｌおよび総電流Ｉａｌｌを用いてもよい。これらの場合、充電状態推定装置１０までのケーブルの抵抗成分がより大きくなるので、この抵抗成分による減衰量を考慮することが望ましい。
【００１８】
（充電状態推定装置１０）
図３は、本発明の実施の形態１にかかる充電状態推定装置１０の構成を示す図である。充電状態推定装置１０は、主たる構成として、第１のフラグ生成部２１と、第２のフラグ生成部２２と、第２のＳＯＣ演算部２４と、第１のＳＯＣ演算部２０と、ＳＯＣ選択部２３と、ＳＯＣ急変防止部（変化量制限部）２５と、単位遅延部２６とを有して構成されている。
【００１９】
第１のＳＯＣ演算部２０は、総電流Ｉａｌｌと、第１のフラグ生成部２１で生成された第１のフラグ（ＦＬＧ１）と、単位遅延部２６からのＳＯＣ前回値であるＳＯＣｚ（以下「前回値ＳＯＣｚ」と称する）とに基づいて、第１の充電状態推定値（以下単に「第１推定値」と称する）ＳＯＣ１を演算して出力する。
【００２０】
第２のＳＯＣ演算部２４は、総電圧Ｖａｌｌと、第２のフラグ生成部２２からの第２のフラグ（ＦＬＧ２）および第３のフラグ（ＦＬＧ３）とに基づいて、第２の充電状態推定値ＳＯＣ２０を演算して出力する。
【００２１】
ＳＯＣ急変防止部（以下単に「急変防止部」と称する）２５は、第２のＳＯＣ演算部２４からの第２の充電状態推定値（以下単に「第２推定値」と称する）ＳＯＣ２０と、単位遅延部２６からの前回値ＳＯＣｚとに基づいて、第３の充電状態推定値（以下単に「第３推定値」と称する）ＳＯＣ２を出力する。
【００２２】
ＳＯＣ選択部２３は、第２のフラグ生成部２２からのＦＬＧ２の値に応じて、第１のＳＯＣ演算部２０からの第１推定値ＳＯＣ１と、急変防止部２５からの第３推定値ＳＯＣ２との何れかをＳＯＣとして出力する。
【００２３】
充電状態推定装置１０の全体の演算周期ｔ１ｓｅｃは、例えば０．１ｓｅｃである。電力貯蔵装置１１は、上述したように多数のセルからなるが、一般に、直列接続された電池には図示しない電池電圧均等化手段が設けられており、並列接続された直列セル同士がほぼ同じ電圧値となるため、セル電池のＳＯＣばらつきは大きくないと考えられる。このため、ＳＯＣは単一の値として扱う。
【００２４】
以下、充電状態推定装置１０の構成を詳説する。
【００２５】
（第１のＳＯＣ演算部２０）
図４は、図３の第１のＳＯＣ演算部の構成を示す図であり、図５は、図３の第１のフラグ生成部の構成を示す図であり、図６は、図３の第２のフラグ生成部の構成を示す図である。
【００２６】
図４において、第１のＳＯＣ演算部２０は、ゲイン部４１と、乗算器４２と、積分器４３と、ゲイン部４４と、ゲイン部４５とを有して構成されている。
【００２７】
ゲイン部４１は、総電流Ｉａｌｌにゲイン１／ｍを乗じてセル電流平均値Ｉｃｅｌｌを求める。すなわち、総電流Ｉａｌｌをセル電池の並列数ｍで割ることでセル電流の平均値を得ている。
【００２８】
乗算器４２は、ゲイン部４１からのセル電流平均値ＩｃｅｌｌとＦＬＧ１と乗じて出力する。この乗算器４２は、ＦＬＧ１が０の場合には積算を停止し、ＦＬＧ１が１の場合には積算を実行する。なお、ＦＬＧ１は、後述する第１のフラグ生成部２１で生成され、ＦＬＧ１＝１の場合、積算実行を示し、ＦＬＧ１＝０の場合、積算停止を示す。
【００２９】
積分器４３は、乗算器４２からの出力を積分し、ＦＬＧ２が１の場合、毎回リセットがかけられる。
【００３０】
ゲイン部４５は、前回値ＳＯＣｚにゲインＫ２を乗じて電流積算初期値（初期値）に変換する。このように、ＦＬＧ２でリセットされたときの電流積算初期値は、前回値ＳＯＣｚから求める。ゲイン部４５のゲインＫ２は、Ｋ２＝電池容量（Ａｈ）＊３６００ｓｅｃ／１００（％）である。なお、ＦＬＧ２は、後述する第２のフラグ生成部２２で生成される。
【００３１】
ゲイン部４４は、積分器４３からの電流積算値にゲインＫ１を乗じて第１推定値ＳＯＣ１に変換する。ただし、Ｋ１＝１／電池容量（Ａｈ）／３６００ｓｅｃ＊１００（％）である。
【００３２】
第１のＳＯＣ演算部２０は、ＦＬＧ１が０の場合、電流検出誤差の影響によるＳＯＣ値の誤差拡大を防ぐため、積算を停止するように構成されている。このことを説明すると、｜Ｉａｌｌ｜＜Ｉａｌｌｍｉｎとなるケースは、第１には電流指令Ｉａｌｌ＊＝０となって充放電が停止され、リプル電流だけが流れている状態である。第２には電流指令Ｉａｌｌ＊＝０ではないが、定電圧充電でＩａｌｌｍｉｎより小さい電流値で充電または放電が継続している状態である。電流が小さいときは電流積算時に電流検出誤差の影響をうけることになる。そのため、第１のＳＯＣ演算部２０は、ＦＬＧ１が０の場合、乗算器４２が積算を停止することで積分器４３の出力値が変化しなくなり、第１推定値ＳＯＣ１が一定値となるように構成されている。
【００３３】
図５（ａ）は、図３に示した第１のフラグ生成部２１の一の構成例を示す図であり、図５（ｂ）は、図３に示した第１のフラグ生成部２１の他の構成例を示す図である。
【００３４】
図５（ａ）に示される第１のフラグ生成部２１ａは、総電流Ｉａｌｌの絶対値を演算する絶対値演算器１０１ａと、絶対値演算器１０１ａからの絶対値と電流閾値Ｉａｌｌｍｉｎとを比較し、比較結果をＦＬＧ１として出力する比較器１０２ａと、を有して構成されている。Ｉａｌｌの絶対値｜Ｉａｌｌ｜（Ａ）が電流閾値Ｉａｌｌｍｉｎ（Ｂ）以上のとき、ＦＬＧ１＝１となる。Ｉａｌｌの絶対値｜Ｉａｌｌ｜（Ａ）が電流閾値Ｉａｌｌｍｉｎ（Ｂ）未満のとき、ＦＬＧ１＝０となる。
【００３５】
図５（ｂ）に示される第１の演算値２１ｂは、総電流Ｉａｌｌの絶対値を演算する絶対値演算器１０１ｂと、絶対値演算器１０１ｂからの絶対値と電流閾値Ｉａｌｌｍｉｎとを比較し、比較結果を出力する比較器１０２ｂと、比較器１０２ｂからの出力と充放電回路（図示せず）からのゲートブロックＧＢとを入力しそれらの論理結果をＦＬＧ１として出力するＮＯＲゲート１０３と、を有して構成されている。充放電回路からのゲートブロックＧＢを検知したときにＦＬＧ１＝０を出力するように構成すれば、図５（ａ）に示した第１のフラグ生成部２１ａよりも精度よくＦＬＧ１の値を変化させることができる。
【００３６】
図６は、図３の第２のフラグ生成部２２の構成を示す図である。
【００３７】
図６（ａ）に示される第２のフラグ生成部２２ａは、電流指令Ｉａｌｌ＊が０のときにＦＬＧ３を出力する比較器１０４ａと、ＦＬＧ３＝１となってからの所定時間ｔ２ｓｅｃ経過後にＦＬＧ２の値を１に変化させて出力するＯＮ遅延部１０５ａと、を有して構成されている。例えば、電流指令Ｉａｌｌ＊が０になったとき、比較器１０４ａの出力であるＦＬＧ３の値は１となる。このように、ＦＬＧ３の値は、電流指令Ｉａｌｌ＊＝０の場合、１となり、それ以外の場合、０となる。また、ＦＬＧ２の値は、ＦＬＧ３の値が１となってから所定時間ｔ２ｓｅｃ経過後に１になる。ｔ２は、例えば２０ｓｅｃである。
【００３８】
図６（ｂ）に示される第２のフラグ生成部２２ｂは、電流指令Ｉａｌｌ＊が０のときに１を出力する比較器１０４ｂと、比較器１０４ｂからの出力と充放電回路（図示せず）からのゲートブロックＧＢとの何れかをＦＬＧ３として出力するＯＲゲート１０６と、ＦＬＧ３＝１となってから所定時間ｔ２ｓｅｃ経過後にＦＬＧ２の値を１に変化させて出力するＯＮ遅延部１０５ｂと、を有して構成されている。このように、充放電回路からのゲートブロックＧＢを検知してから所定時間ｔ２ｓｅｃ経過後にＦＬＧ２の値を１に変化させるように構成すれば、図６（ａ）に示した第２のフラグ生成部２２ｂよりも精度よくＦＬＧ２の値を変化させることができる。
【００３９】
なお、ＦＬＧ２の値は、ＦＬＧ２＝０の場合、第１のＳＯＣ演算部２０で第１推定値ＳＯＣ１を算出することを示し、ＦＬＧ２＝１の場合、第２のＳＯＣ演算部２４で第２推定値ＳＯＣ２０を算出することを示す。
【００４０】
図６（ａ）のＯＮ遅延部１０５ａおよび図６（ｂ）のＯＮ遅延部１０５ｂは、ＦＬＧ３の値が０→１に変化したときのみＦＬＧ２の値を遅延させて変化させるが、ＦＬＧ３の値が１→０に変化したときにはＦＬＧ２の値を遅延させることなく変化させる。これにより，充放電後のＶａｌｌが急変する期間ｔ２（ｓ）はＳＯＣ推定を休止することにしている。
【００４１】
また、図６（ａ）の第２のフラグ生成部２２ａ、または図６（ｂ）の第２のフラグ生成部２２ｂは、電流指令Ｉａｌｌ＊を用いてＦＬＧ２を求めているため、｜Ｉａｌｌ｜＜Ｉａｌｌｍｉｎを満たすが、定電圧充放電などで充放電が継続している期間中（例えばｔ２期間中）に、第２のＳＯＣ演算部２４の第２推定値ＳＯＣ２０に移行することを防いでいる。
【００４２】
（第２のＳＯＣ演算部２４）
図７は、図３の第２のＳＯＣ演算部２４の構成を示す図であり、図８は、セル開回路電圧とＳＯＣとの関係を示す図であり、図９は、図７に示されるゲインＫ３の一例を示す図である。
【００４３】
図７に示される第２のＳＯＣ演算部２４は、主たる構成として、ゲイン部５１ａと、ゲイン部５２と、リミッタ５３と、テーブル５４ａと、単位遅延部５５と、減算器５８と、加算器５９とを有して構成されている。
【００４４】
第２のＳＯＣ演算部２４は、図６のＦＬＧ３が１のときに動作し、演算周期がｔ３ｓｅｃである。ｔ３は、例えば５ｓｅｃであって、充電状態推定装置１０の全体の演算周期の例えば５０倍である。
【００４５】
ゲイン部５１ａは、総電圧Ｖａｌｌにゲイン１／ｎを乗じてセル電圧平均値Ｖｃｅｌｌを求める。すなわち、総電圧Ｖａｌｌをセル電池の直列数ｎで割ることでセルの平均電圧値を得ている。
【００４６】
単位遅延部５５は、ゲイン部５１ａからのセル電圧平均値Ｖｃｅｌｌを、１サンプル（ｔ３）分遅延させて出力する。すなわち、セル電圧平均値Ｖｃｅｌｌの前回値を出力する。
【００４７】
減算器５８は、単位遅延部５５からの出力（前回値）とゲイン部５１ａからの出力（現在値）との差分を出力する。ゲイン部５２は、減算器５８からの差分をゲインＫ３倍して出力する。加算器５９は、ゲイン部５２からの出力に単位遅延部５５からの出力（前回値）を加算し、開回路電圧推定値（開回路電圧）Ｖｏｃｅｌｌを求める。
【００４８】
充放電後、十分な時間が経過するとＶｏｃｅｌｌ＝Ｖｃｅｌｌとなるが、充電直後ではＶｏｃｅｌｌ＜Ｖｃｅｌｌとなり、その後、その差が徐々に減少していく。また、放電直後ではＶｏｃｅｌｌ＞Ｖｃｅｌｌとなり、その後、その差が徐々に減少していく。そこで、第２のＳＯＣ演算部２４は、次式を用いて現在（ｋ）における開回路電圧推定値Ｖｏｃｅｌｌを求める。
Ｖｏｃｅｌｌ（ｋ）＝Ｖｃｅｌｌ（ｋ−１）＋Ｋ３＊（Ｖｃｅｌｌ（ｋ）−Ｖｃｅｌｌ（ｋ−１））・・・（１）
【００４９】
すなわち、ｔ３前のセル電圧平均値Ｖｃｅｌｌ（ｋ−１）に、ｋ−１からｋまでのセル電圧平均値Ｖｃｅｌｌ変化量をＫ３倍したものを加算している。これより、ゲインＫ３＝１のときは開回路電圧推定値Ｖｏｃｅｌｌが現在のセル電圧平均値Ｖｃｅｌｌと等しく、Ｋ３＜１では開回路電圧推定値Ｖｏｃｅｌｌに与えるセル電圧平均値Ｖｃｅｌｌの変化の影響を低減することになる。ここでゲインＫ３は可変ゲインである。
【００５０】
リミッタ５３は、テーブル５４を参照する際に、加算器５９からの開回路電圧推定値Ｖｏｃｅｌｌの値を現実的な値にリミットするものである。
【００５１】
テーブル５４ａには、図８に示すように開回路電圧推定値ＶｏｃｅｌｌとＳＯＣとが対応付けられている。開回路電圧推定値ＶｏｃｅｌｌとＳＯＣの対応関係は、電池セルの充放電試験で求めることができる。第２のＳＯＣ演算部２４は、テーブル５４ａを参照し、リミッタ５３でリミットされた開回路電圧推定値Ｖｏｃｅｌｌに対応するＳＯＣの値を、第２推定値ＳＯＣ２０として出力する。なお、テーブル５４ａの代わりに近似式を用いてもよい。
【００５２】
ゲイン部５２に設定されるゲインＫ３の値は、図９に示されるように時間の経過とともに小さくなり、最終値が１未満となるように設定されている。図９には、一例として、ｔ２を２０ｓｅｃ、ｔ３＝５ｓｅｃとした場合におけるゲインＫ３の値が示されている。ＦＬＧ３＝１を検出した第２のＳＯＣ演算部２４が動作開始したときを０ｓｅｃとしており、第２のＳＯＣ演算部２４が例えばｔ３刻みで演算を行う場合、ｔ２期間（０〜２０ｓｅｃまで）のゲインＫ３の値は約６である。
【００５３】
ゲインＫ３の値がこのように設定されている理由は以下の通りである。以下、一例として、電力貯蔵装置１１が放電中に放電停止したときの場面を例にして説明する。
【００５４】
ｔ２期間付近では、放電終了直後であるため、Ｖｃｅｌｌ（ｋ−１）とＶｃｅｌｌ（ｋ）−Ｖｃｅｌｌ（ｋ−１）との差が大きくなる。もし、ｔ２期間付近のゲインＫ３の値が小さい場合、開回路電圧推定値Ｖｏｃｅｌｌの変化が大きいため、それに伴って第２推定値ＳＯＣ２０も大きく変動することになる。放電終了直前までは電流積算によってＳＯＣを推定しているわけであるが、放電終了直後のｔ２期間付近では総電圧Ｖａｌｌが急峻に回復（上昇）する。第２推定値ＳＯＣ２０の変動を抑制して安定したＳＯＣを推定するため、本実施の形態にかかる第２のＳＯＣ演算部２４は、放電終了直後のｔ２期間付近ではゲインＫ３の値を大きくしてＳＯＣの行き過ぎを防いでいる。なお、ＳＯＣの行き過ぎとは、放電終了直後の開回路電圧推定によるＳＯＣ推定値が、放電終了直後の電流積算によるＳＯＣ推定値より下回ってしまうことを意味する。
【００５５】
ゲインＫ３の値は、ｔ２期間を経過した後、徐々に減少し、約５０ｓｅｃ経過した時点でＫ３＝０．５となるように設定されている。ゲインＫ３の値がこのように設定されている理由は以下の通りである。放電終了から暫く経過しているためセル電圧平均値Ｖｃｅｌｌの変化は本来小さいはずであるが、放電を停止していても、電力変換装置１２におけるスイッチングが継続しているため電流検出器１７でリプル電流が検出される場合や、電圧検出器１８の電圧検出誤差などがあるため、セル電圧平均値Ｖｃｅｌｌが変動する。この変動分に応じて開回路電圧推定値Ｖｏｃｅｌｌが変化すると、それに伴って第２推定値ＳＯＣ２０も変動することになる。このような第２推定値ＳＯＣ２０の変動を抑制するため、本実施の形態にかかる第２のＳＯＣ演算部２４は、ｔ２期間経過後ではゲインＫ３の値を徐々に減少させて約５０ｓｅｃ経過した時点でＫ３＝０．５とすることで、開回路電圧推定値Ｖｏｃｅｌｌの変化を抑制している。
【００５６】
なお、充電時におけるゲインＫ３も放電時と同様に時間と共に低下する値とする。例えば、ゲインＫ３の値は、ｔ２期間付近では大きく設定し、ｔ２期間を経過した後では徐々に減少するように設定する。放電後と充電後では開回路電圧推定値Ｖｏｃｅｌｌと電圧平均値Ｖｃｅｌｌとの大小関係が反対となるが、電圧平均値Ｖｃｅｌｌの変化率の絶対値は、放電後および充電後では共に大から小となるためである。
【００５７】
（ＳＯＣ急変防止部２５）
図１０は、図３の急変防止部２５の構成を示す図である。急変防止部２５は、主たる構成として、減算器６３と、ゲイン部６１と、リミッタ６２と、減算器６４とを有して構成されている。
【００５８】
減算器６３は、前回値ＳＯＣｚと第２推定値ＳＯＣ２０の差分を出力する。ゲイン部６１は、減算器６３からの差分をＫ４倍し、リミッタ６２は、ゲイン部６１からの出力を、０．１ｓｅｃあたり±０．０２（％）に制限して出力する。減算器６４は、リミッタ６２からの出力を前回値ＳＯＣｚに加算し、第３推定値ＳＯＣ２として出力する。
【００５９】
具体例で説明する。まず、第３推定値ＳＯＣ２（％）は、次式で演算される。
第３推定値ＳＯＣ２（％）＝ＳＯＣｚ−Ｌｉｍｉｔ（Ｋ４（ＳＯＣｚ−ＳＯＣ２０））・・・（２）ただし、Ｋ４の値は例えば０．８であり、リミッタ６２の設定は例えば±０．０２（％）である。
【００６０】
ここで、急変防止部２５の演算周期は０．１ｓｅｃであるので、第３推定値ＳＯＣ２は、０．１ｓｅｃで最大０．０２（％）変化する。さらに、図７に示される第２のＳＯＣ演算部２４の演算周期ｔ３は５ｓｅｃである。従って、第２のＳＯＣ演算部２４からの第２推定値ＳＯＣ２０は、急変防止部２５の演算が５０回実行されたときに１回更新される。すなわち、第２推定値ＳＯＣ２０は、５ｓｅｃ毎に最大で０．０２＊５０＝１（％）変化する。具体例を示すと、急変防止部２５に入力された第２推定値ＳＯＣ２０の値が例えば、５０％から減少する場合、第２推定値ＳＯＣ２０は、０．１ｓｅｃ後には４９．９８（％）、さらに０．１ｓｅｃ後には４９．９６（％）となる。すなわち、急変防止部２５に入力されてから５ｓｅｃ後の第２推定値ＳＯＣ２０は、１（％）減少した４９．０（％）となる。同様に、第２推定値ＳＯＣ２０の値が５０％から増加する場合、５ｓｅｃ後の第２推定値ＳＯＣ２０は、５１．０（％）となる。
【００６１】
このように、急変防止部２５は、第２のＳＯＣ演算部２４からの第２推定値ＳＯＣ２０の変化を５ｓｅｃで１％に制限することで、第３推定値ＳＯＣ２の急変を防止している。なお、リミッタ（Ｌｉｍｉｔ）６２が無い場合には、急変防止部２５は、第２推定値ＳＯＣ２０と前回値ＳＯＣｚの差分をＫ４倍した値を第３推定値ＳＯＣ２として出力し、例えば、Ｋ４＝１ならば、第２推定値ＳＯＣ２０と前回値ＳＯＣｚの差分が第３推定値ＳＯＣ２に直接反映されることになる。また、上述したＫ４の値やリミッタ６２の設定値は、一例であり、これらに限定されるものではない。
【００６２】
図１１は、図３のＳＯＣ選択部の構成を示す図である。ＳＯＣ選択部２３は、第１のＳＯＣ演算部２０で推定された第１推定値ＳＯＣ１と、第２のＳＯＣ演算部２４で推定され急変防止部２５によって急変が制限された第３推定値ＳＯＣ２と、の何れかをＦＬＧ２の値に応じて動作するスイッチ７１で選択し、最終的なＳＯＣ推定値であるＳＯＣとして出力する。例えば、ＦＬＧ２＝０のとき第１推定値ＳＯＣ１が選択され、ＦＬＧ２＝１のとき第３推定値ＳＯＣ２が選択される。
【００６３】
具体的には、充放電中と、充放電が停止してから約２０ｓｅｃ経過するまでの期間（ｔ２期間）とではＦＬＧ２＝０である。従って、スイッチ７１は、第１のＳＯＣ演算部２０からの第１推定値ＳＯＣ１を選択して出力する。すなわち、｜Ｉａｌｌ｜＜Ｉａｌｌｍｉｎの場合、第１のＳＯＣ演算部２０における電流積算が停止されるため、ＳＯＣ選択部２３に入力されるＳＯＣ１は、一定値である。従って、充放電中および充放電後後のｔ２期間中はＳＯＣの更新が行われない。
【００６４】
一方、ｔ２期間経過後から充放電が再開されるまでの間では、第３推定値ＳＯＣ２が選択される。
【００６５】
なお、制御電源投入時には、前回値ＳＯＣｚを出力する単位遅延部２６の初期値を０としておくと適切なＳＯＣが得られないため、以下、初期値の設定方法を示す。
【００６６】
図１２は、図３に示される単位遅延部の初期値を設定する回路の一例を示す図である。図１２の初期値設定回路２４ａは、ゲイン部５１ｂとテーブル５４ｂとを有して構成されている。ゲイン部５１ｂは、総電圧Ｖａｌｌにゲイン１／ｎを乗じてセル電圧平均値Ｖｃｅｌｌを求める。テーブル５４ｂには、図７のテーブル５４ａと同様に、開回路電圧推定値ＶｏｃｅｌｌとＳＯＣとが対応付けられている。第２のＳＯＣ演算部２４は、テーブル５４ｂを参照し、セル電圧平均値Ｖｃｅｌｌに対応するＳＯＣの値を初期値として出力する。なお、テーブル５４ｂの代わりに近似式を用いてもよい。
【００６７】
前回の充放電から十分な時間が経過している場合、電圧検出器１８から得られる電力貯蔵装置１１の開回路電圧は一定とみなすことができため、初期値設定回路２４ａでＳＯＣの値（初期値）を求めることが可能である。例えば、充放電終了後にシステムが起動するときには開回路電圧が概ね一定であると考えたれるため、図３に示される第１のＳＯＣ演算部２０および急変防止部２５は、初期値設定回路２４ａからの初期値を用いて、第１推定値ＳＯＣ１および第２推定値ＳＯＣ２０の演算を実行する。なお、前回の充放電から十分な時間が経過していない場合、図７の第２のＳＯＣ演算部２４によって、妥当なＳＯＣへと更新する。
【００６８】
なお、総電圧Ｖａｌｌの測定値には、リプルやノイズが含まれるため、たとえば１００Ｈｚのローパスフィルタに総電圧Ｖａｌｌを入力した後に、そのフィルタ出力を総電圧ＶａｌｌとしてＳＯＣを推定するように構成してもよい。
【００６９】
鉄道システムにおいて、総電圧Ｖａｌｌは、６００Ｖ程度になり、このときのセル電池直列数は１６０を超す。一方、図８に示したテーブル５４ａより、開回路電圧とＳＯＣとの関係は、開回路電圧とＳＯＣとが上昇するにつれてＳＯＣ／開回路電圧の値が大きくなるため、ＳＯＣが高くなるにつれて電圧変動の影響が大きくなる。例えば、開回路電圧が１０ｍＶ（１６０直列の場合には総電圧が１．６Ｖ）変化したときにＳＯＣは２〜３％変化することも考えられる。したがって、電圧検出器１８の分解能や測定精度を考慮するとＳＯＣの変化を１％レベルに抑えるのは困難である。さらに、電力変換装置１２に内蔵され電力貯蔵装置１１に対する充放電を実行するＤＣ−ＤＣコンバータ（図示せず）を、電流指令０で動作させている場合には、リプル電流に起因する電圧リプルが発生することも考えられる。このような条件において、ＳＯＣ推定値に多少の誤差を含むことは許容し、かつ、実際のＳＯＣとの大きなずれや推定値の過剰な変動を起こさない推定方法が必要である。加えて、鉄道システムにおいては、電池の利用率向上および電池保護のために、充放電時は、定電流動作だけでなく定電圧動作も多用されることが想定される。
【００７０】
本実施の形態の充電状態推定装置１０は、電流積算によるＳＯＣ演算（第１のＳＯＣ演算部２０）と、開回路電圧推定によるＳＯＣ演算（第２のＳＯＣ演算部２４）と、を併用することで充放電時と休止時の推定精度を両立させることができる。
【００７１】
また、開回路電圧推定には、電池等価回路モデルが不要であり、総電圧Ｖａｌｌの測定値のみを用い実際のＳＯＣとの大きなずれや推定値の過剰な変動を回避する安定した推定値を得ることができる。また、ノイズの影響も受けにくい。
【００７２】
さらには、電流積算による推定では誤差の影響が大きくなると考えられる低電流での充放電が続く場合にも、推定値の更新はできないものの充放電が継続しているにもかかわらず誤って開回路電圧推定を行うことがない。このため、本実施の形態にかかる充電状態推定装置１０は、定電流充放電だけでなく定電圧充放電にも対応可能である。
【００７３】
以上に説明したように、本実施の形態にかかる充電状態推定装置１０は、前回値ＳＯＣｚを初期値として、電流検出器１７で検出された総電流Ｉａｌｌの電流積算値を演算し、電流積算値に基づいて第１推定値ＳＯＣ１を演算する第１のＳＯＣ演算部２０と、電力貯蔵装置１１の充放電停止後に、電圧検出器１８で検出された総電圧Ｖａｌｌのセル電圧平均値Ｖｃｅｌｌと、セル電圧平均値Ｖｃｅｌｌの前回値と、充放電停止後の時間の経過とともに変化するゲインＫ３と、に基づいて演算された開回路電圧推定値Ｖｏｃｅｌｌを第２推定値ＳＯＣ２０として出力する第２のＳＯＣ演算部２４と、前回値ＳＯＣｚと第２推定値ＳＯＣ２０とに基づいて、第２のＳＯＣ演算部２４の演算周期ｔ３における第２推定値ＳＯＣ２０の変化量を所定値（１％）以下に制限する急変防止部２５と、を備えるようにしたので、充放電時および充放電休止時のＳＯＣの推定精度を向上させることが可能である。
【００７４】
また、本実施の形態にかかる第２のＳＯＣ演算部２４は、総電圧Ｖａｌｌのみで開回路電圧推定値Ｖｏｃｅｌｌを演算できるため、従来技術のように等価回路モデルを使用することなく、開回路電圧推定値ＶｏｃｅｌｌからのＳＯＣを推定可能である。
【００７５】
また、本実施の形態にかかる第２のＳＯＣ演算部２４は、ゲイン部５２を用いて開回路電圧推定値Ｖｏｃｅｌｌを演算するようにしているため、充放電終了後における開回路電圧推定値Ｖｏｃｅｌｌの変動が抑制され安定したＳＯＣ推定値（第２推定値ＳＯＣ２０）を得ることができる。
【００７６】
また、本実施の形態にかかる第１のＳＯＣ演算部２０は、ＦＬＧ１＝０の場合、第１推定値ＳＯＣ１が一定値になるように制御するので、定電圧充放電が継続され開回路電圧推定値Ｖｏｃｅｌｌが推定できない期間（ｔ２期間）でもＳＯＣの推定が可能である。
【００７７】
なお、上記説明では、電力貯蔵装置１１のセル電池をｎ直列×ｍ並列としたが、ｎおよびｍの値は、各々１以上の任意の数で構成できるのは言うまでもない。また、上述した演算周期ｔ１〜ｔ３は一例であり、これらの値に限定されるものではない。また、図９に示されるゲインＫ３の値は、一例として、ｔ２期間（０〜２０ｓｅｃまで）では一定として、その後徐々に低下するように設定されているが、例えば、ゲインＫ３の値を充放電終了時点（０ｓｅｃ）から徐々に変化させるように構成しても同様の効果を得ることができる。
【００７８】
実施の形態２．
図１３は、本発明の実施の形態２にかかる充電状態推定装置１０の構成を示す図である。以下、第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。図３の充電状態推定装置１０と異なる部分は、テーブル９を有している点である。電力貯蔵装置１１に適用される二次電池は、使用するにつれて劣化し容量が減少する。その二次電池のＳＯＣを正確に把握することが重要である。例えば、二次電池のＳＯＣを正確に把握できずに、二次電池が過充電されると、二次電池の寿命などの長期信頼性が損なわれることがある。そのため、使用している二次電池のＳＯＣを精度よく判定し、充電制御を行うことが必要となる。
【００７９】
上述したように、第１のＳＯＣ演算部２０には、積分器４３からの電流積算値を第１推定値ＳＯＣ１に変換するためのゲイン（Ｋ１およびＫ２）が設定されている。具体的には、ゲイン部４４にはゲインＫ１が設定され、Ｋ１＝１／電池容量（Ａｈ）／３６００ｓｅｃ＊１００（％）で得られる。また、ゲイン部４５にはゲインＫ２が設定され、Ｋ２＝電池容量（Ａｈ）＊３６００ｓｅｃ／１００（％）で得られる。ゲインＫ１およびＫ２は、電池容量（Ａｈ）の値に応じて変化するため、電池容量（Ａｈ）の値が実際の電池容量と異なる場合、推定されるＳＯＣに誤差が生じることになる。
【００８０】
そこで、本実施の形態にかかる充電状態推定装置１０は、電池の公称値などの固定値（電池容量）から導かれるゲインＫ１およびＫ２を用いるのではなく、電力貯蔵装置１１の劣化度合いに応じて補正された電池容量（Ａｈ）を用いて第１推定値ＳＯＣ１の推定誤差を低減するように構成されている。
【００８１】
テーブル９には、充放電時間積算値や充放電容量積算値などから得た電池容量、すなわち電力貯蔵装置１１の容量低下に応じて補正された電池容量と、この電池容量に対応するゲインＫ１、Ｋ２と、が対応付けられている。第１のＳＯＣ演算部２０は、テーブル９を参照し、補正された電池容量に対応するゲインＫ１、Ｋ２を用いて第１推定値ＳＯＣ１を演算する。
【００８２】
以上に説明したように、本実施の形態にかかる充電状態推定装置１０は、補正された電池容量に対応するゲインＫ１、Ｋ２を用いて第１推定値ＳＯＣ１を演算するようにしたので、実施の形態１にかかる充電状態推定装置１０の効果に加えて、電流積算によるＳＯＣの演算精度を高めることが可能である。
【００８３】
実施の形態３．
図１４は、本発明の実施の形態３にかかる第２のＳＯＣ演算部２４の構成を示す図である。以下、第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。図７と同じブロックには同じ番号を付している。図７の第２のＳＯＣ演算部２４と異なる部分は、ゲイン算出部５６と乗算器５７とを有している点である。
【００８４】
ゲイン算出部５６は、電力貯蔵装置１１の充放電停止後の時間の経過とともにモジュール温度（電池温度）Ｔ１に依存して変化するゲインＫ３を算出する。モジュール温度Ｔ１は、図１の電力貯蔵装置１１から得られる電池モジュールの温度である。乗算器５７は、減算器５８からの差分とゲイン算出部５６からのゲインＫ３と乗算し、加算器５９は、乗算器５７からの出力に単位遅延部５５からの出力を加算し開回路電圧推定値Ｖｏｃｅｌｌを求める。このように、本実施の形態にかかる第２のＳＯＣ演算部２４は、ゲイン算出部５６からのゲインＫ３を、減算器５８からの出力（電圧平均値Ｖｃｅｌｌの差分）に乗算することによって、充放電後の電力貯蔵装置１１の電圧変化特性がモジュール温度Ｔ１に依存して変化する場合でも、開回路電圧推定値Ｖｏｃｅｌｌの推定精度を向上させることができる。
【００８５】
なお、モジュール温度Ｔ１は、モジュール温度自体に限らず、電池の温度を反映する別の箇所の温度でもよい。また、本実施の形態にかかる第２のＳＯＣ演算部２４は、実施の形態２にかかる第１のＳＯＣ演算部２０を組合せてもよい。さらに、ゲインＫ３を算出するためにゲイン算出部５６に入力される情報は、モジュール温度Ｔ１に限定されず、電池の温度に応じて変化する情報、例えば、電流、電圧、ＳＯＣなどの値を使用してもよい。
【００８６】
以上に説明したように、本実施の形態にかかる第２のＳＯＣ演算部２４は、モジュール温度Ｔ１および総電圧Ｖａｌｌに基づき開回路電圧推定値Ｖｏｃｅｌｌを演算するようにしたので、実施の形態１にかかる第２のＳＯＣ演算部２４の効果に加えて、モジュール温度Ｔ１の変化に応じた開回路電圧推定値Ｖｏｃｅｌｌを演算することができるため、第２推定値ＳＯＣ２０の推定精度を高めることが可能である。
【００８７】
なお、実施の形態１、２に示した充電状態推定装置１０は、電力貯蔵装置１１の充放電停止後の時間の経過に応じて、第１のＳＯＣ演算部２０からの第１推定値ＳＯＣ１と、ＳＯＣ急変防止部２５からの第３推定値ＳＯＣ２と、の何れかを選択するように構成したが、これに限定されるものではなく、例えば、急変防止部２５を無くして、第２のＳＯＣ演算部２４からの第２推定値ＳＯＣ２０を直接ＳＯＣ選択部２３に入力する態様であってもよい。この場合、ＳＯＣ選択部２３は、第２のフラグ生成部２２からのＦＬＧ２の値に応じて、第１推定値ＳＯＣ１と第２推定値ＳＯＣ２０との何れかを選択する。このよう構成しても、第２のＳＯＣ演算部２４によってｔ２期間経過後の開回路電圧推定値Ｖｏｃｅｌｌの変動が抑制されるため、実施の形態１、２のような第２推定値ＳＯＣ２０の急変防止という効果は望めないものの、従来技術に比して開回路電圧推定値Ｖｏｃｅｌｌの変化が抑制されるため、第２推定値ＳＯＣ２０の推定精度を向上させることができる。
【００８８】
なお、実施の形態１、２に示した第１のＳＯＣ演算部２０は、ゲイン部４１でセル電流平均値Ｉｃｅｌｌを求めて第１推定値ＳＯＣ１を演算するように構成しているが、ゲイン部４１を用いずに総電流Ｉａｌｌを積算して第１推定値ＳＯＣ１を求めるように構成でもよい。また、実施の形態１、２に示した第２のＳＯＣ演算部２４は、ゲイン部５１ａでセル電圧平均値Ｖｃｅｌｌを求めて開回路電圧推定値Ｖｏｃｅｌｌを演算するように構成しているが、これに限定されるものではない。例えば、ゲイン部５１ａを用いずに、総電圧Ｖａｌｌと総電圧Ｖａｌｌの前回値との差分にゲイン部５２を乗じて、ゲイン部５２からの出力と総電圧Ｖａｌｌの前回値とを加算して開回路電圧を推定してもよい。
【００８９】
なお、実施の形態１〜３に示した充電状態推定装置は、本発明の内容の一例を示すものであり、更なる別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは無論である。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
以上のように、本発明は、二次電池のＳＯＣ推定を行う装置に適用可能であり、特に、電池電圧の測定精度が低い場合や測定電圧にリプルが見られる場合にもＳＯＣ推定値の変動を抑制することができる発明として有用である。
【符号の説明】
【００９１】
２１−１，２ｎ−１，２１−ｍ，２ｎ−ｍ  電池モジュール
４−１，４−ｋ，５−１，５−ｋ，６−１，６−ｋ，７−１，７−ｋ  セル電池
９，５４ａ，５４ｂ  テーブル
１０  充電状態推定装置
１１  電力貯蔵装置
１２  電力変換装置
１３  架線
１４  集電装置
１５  車輪
１７  電流検出器
１８  電圧検出器
２０  第１のＳＯＣ演算部
２１，２１ａ，２１ｂ  第１のフラグ生成部
２２，２２ａ，２２ｂ  第２のフラグ生成部
２３  ＳＯＣ選択部
２４  第２のＳＯＣ演算部
２４ａ  初期値設定回路
２５  ＳＯＣ急変防止部（変化量制限部）
２６，５５  単位遅延部
４１，４４，４５，５１，５１ａ，５１ｂ，５２，６１  ゲイン部
４２，５７  乗算器
４３  積分器
５３，６２  リミッタ
５６  ゲイン算出部
５８，６３，６４  減算器
５９  加算器
７１  スイッチ
１０１ａ，１０１ｂ  絶対値演算器
１０２ａ，１０２ｂ，１０４ａ，１０４ｂ  比較器
１０３  ＮＯＲゲート
１０５ａ，１０５ｂ  ＯＮ遅延部
１０６  ＯＲゲート
ＦＬＧ１  第１のフラグ
ＦＬＧ２  第２のフラグ
ＦＬＧ３  第３のフラグ
ＧＢ  ゲートブロック
Ｉａｌｌ  総電流
Ｉａｌｌ＊  電流指令
Ｉｃｅｌｌ  セル電流平均値
Ｉａｌｌｍｉｎ  電流閾値
Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３  ゲイン
ＳＯＣ１  第１の充電状態推定値
ＳＯＣ２０  第２の充電状態推定値
ＳＯＣ２  第３の充電状態推定値
ＳＯＣｚ  ＳＯＣ前回値
Ｔ１  モジュール温度
ｔ１  電力貯蔵装置全体の演算周期
ｔ２  充放電後のＶａｌｌが急変する期間
ｔ３  第２のＳＯＣ演算部の演算周期
Ｖａｌｌ  総電圧
Ｖｃｅｌｌ  セル電圧平均値（電圧平均値）
Ｖｏｃｅｌｌ  開回路電圧推定値（開回路電圧）
【図１】
2011118039.tif 000003
【図２】
2011118039.tif 000004
【図３】
2011118039.tif 000005
【図４】
2011118039.tif 000006
【図５】
2011118039.tif 000007
【図６】
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【図７】
2011118039.tif 000009
【図８】
2011118039.tif 000010
【図９】
2011118039.tif 000011
【図１０】
2011118039.tif 000012
【図１１】
2011118039.tif 000013
【図１２】
2011118039.tif 000014
【図１３】
2011118039.tif 000015
【図１４】
2011118039.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成22年12月15日(2010.12.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、セル電池を複数接続した電力貯蔵装置に接続され、前記電力貯蔵装置の充電状態を推定する充電状態推定装置であって、充電状態推定値の前回値を初期値として、電力変換部からの前記電力貯蔵装置に流出入する電流を検出する検出器からの電流に基づいて電流積算値を演算し第１の充電状態推定値として出力する第１の演算部と、前記電力変換部から出力された電流指令が前記電力貯蔵装置の充放電停止を示す場合、前記電力変換部と前記電力貯蔵装置との接続箇所で検出された電圧と、前記電圧の前回値と、前記電力貯蔵装置の充放電停止後の時間の経過とともに低下するゲインと、に基づいて開回路電圧を推定し第２の充電状態推定値として出力する第２の演算部と、前記第１の充電状態推定値と前記第２の充電状態推定値との何れかを選択する選択部と、を備えたことを特徴とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セル電池を複数接続した電力貯蔵装置に接続され、前記電力貯蔵装置の充電状態を推定する充電状態推定装置であって、
充電状態推定値の前回値を初期値として、電力変換部からの前記電力貯蔵装置に流出入する電流を検出する検出器からの電流に基づいて電流積算値を演算し第１の充電状態推定値として出力する第１の演算部と、
前記電力変換部から出力された電流指令が前記電力貯蔵装置の充放電停止を示す場合、前記電力変換部と前記電力貯蔵装置との接続箇所で検出された電圧と、前記電圧の前回値と、前記電力貯蔵装置の充放電停止後の時間の経過とともに低下するゲインと、に基づいて開回路電圧を推定し第２の充電状態推定値として出力する第２の演算部と、
前記第１の充電状態推定値と前記第２の充電状態推定値との何れかを選択する選択部と、
を備えたことを特徴とする充電状態推定装置。
【請求項２】
セル電池を複数接続した電力貯蔵装置に接続され、前記電力貯蔵装置の充電状態を推定する充電状態推定装置であって、
充電状態推定値の前回値を初期値として、電力変換部からの前記電力貯蔵装置に流出入する電流を検出する検出器からの電流に基づいて電流積算値を演算し第１の充電状態推定値として出力する第１の演算部と、
前記電力変換部から出力された電流指令が前記電力貯蔵装置の充放電停止を示す場合、前記電力変換部と前記電力貯蔵装置との接続箇所で検出された電圧と、前記電圧の前回値と、前記電力貯蔵装置の充放電停止後の時間の経過とともに低下するゲインと、に基づいて開回路電圧を推定し第２の充電状態推定値として出力する第２の演算部と、
充電状態推定値の前回値と前記第２の演算部からの第２の充電状態推定値とに基づいて、前記第２の演算部の演算周期における第２の充電状態推定値の変化量を所定値以下に制限する変化量制限部と、
前記第１の充電状態推定値と前記変化量制限部からの出力との何れかを選択する選択部と、
を備えたことを特徴とする充電状態推定装置。
【請求項３】
前記第２の演算部は、
前記電圧と前記電圧の前回値との差分に前記ゲインを乗じた値に、前記電圧の前回値を加算して、開回路電圧を推定することを特徴とする請求項１または２に記載の充電状態推定装置。
【請求項４】
前記第２の演算部は、
前記電力変換部と前記電力貯蔵装置との接続箇所で検出された電圧のセル電池電圧平均値を求め、前記セル電池電圧平均値と前記セル電池電圧平均値の前回値との差分に前記ゲインを乗じた値に、前記セル電池電圧平均値の前回値を加算して、セル電池の開回路電圧を推定することを特徴とする請求項１または２に記載の充電状態推定装置。
【請求項５】
前記電力貯蔵装置の容量低下に応じて補正された電池容量と、前記電流積算値を第１の充電状態推定値に変換するゲインと、を対応付けて格納するテーブルを備え、
前記第１の演算部は、
前記テーブルを参照し、前記電池容量に対応する第１の充電状態推定値を演算することを特徴とする請求項１または２に記載の充電状態推定装置。
【請求項６】
前記電力貯蔵装置の充放電停止後の時間の経過とともに低下し、かつ、電池温度に依存して変化するゲインを算出するゲイン算出部を備え、
第２の演算部は、
前記電圧と、前記電圧の前回値と、前記ゲイン算出部からのゲインと、に基づいて開回路電圧を演算することを特徴とする請求項１または２に記載の充電状態推定装置。
【手続補正書】
【提出日】平成23年4月12日(2011.4.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、セル電池を複数接続した電力貯蔵装置に接続され、前記電力貯蔵装置の充電状態を推定する充電状態推定装置であって、充電状態推定値の前回値を初期値として、電力変換部からの前記電力貯蔵装置に流出入する電流を検出する検出器からの電流に基づいて電流積算値を演算し第１の充電状態推定値として出力する第１の演算部と、前記電力変換部と前記電力貯蔵装置との接続箇所で検出された電圧と、前記電圧の前回値と、の差分に所定のゲインを与えるゲイン部を有すると共に、このゲイン部からの出力と前記電圧の前回値と、に基づいて開回路電圧を推定し第２の充電状態推定値として出力する第２の演算部と、前記第１の充電状態推定値と前記第２の充電状態推定値との何れかを選択する選択部と、を備え、前記所定のゲインは、前記電力貯蔵装置の充放電停止後の前記電圧が急変する所定期間では大きな値であり、かつ、前記所定期間が経過した後には低下して最終値が１未満に設定され、前記第２の演算部は、前記電力変換部から出力された電流指令が前記電力貯蔵装置の充放電停止を示す場合、この所定のゲインを用いて前記開回路電圧を推定することを特徴とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セル電池を複数接続した電力貯蔵装置に接続され、前記電力貯蔵装置の充電状態を推定する充電状態推定装置であって、
充電状態推定値の前回値を初期値として、電力変換部からの前記電力貯蔵装置に流出入する電流を検出する検出器からの電流に基づいて電流積算値を演算し第１の充電状態推定値として出力する第１の演算部と、
前記電力変換部と前記電力貯蔵装置との接続箇所で検出された電圧と、前記電圧の前回値と、の差分に所定のゲインを与えるゲイン部を有すると共に、このゲイン部からの出力と前記電圧の前回値と、に基づいて開回路電圧を推定し第２の充電状態推定値として出力する第２の演算部と、
前記第１の充電状態推定値と前記第２の充電状態推定値との何れかを選択する選択部と、
を備え、
前記所定のゲインは、前記電力貯蔵装置の充放電停止後の前記電圧が急変する所定期間では大きな値であり、かつ、前記所定期間が経過した後には低下して最終値が１未満に設定され、
前記第２の演算部は、前記電力変換部から出力された電流指令が前記電力貯蔵装置の充放電停止を示す場合、この所定のゲインを用いて前記開回路電圧を推定することを特徴とする充電状態推定装置。
【請求項２】
セル電池を複数接続した電力貯蔵装置に接続され、前記電力貯蔵装置の充電状態を推定する充電状態推定装置であって、
充電状態推定値の前回値を初期値として、電力変換部からの前記電力貯蔵装置に流出入する電流を検出する検出器からの電流に基づいて電流積算値を演算し第１の充電状態推定値として出力する第１の演算部と、
前記電力変換部と前記電力貯蔵装置との接続箇所で検出された電圧と、前記電圧の前回値と、の差分に所定のゲインを与えるゲイン部を有すると共に、このゲイン部からの出力と前記電圧の前回値と、に基づいて開回路電圧を推定し第２の充電状態推定値として出力する第２の演算部と、
充電状態推定値の前回値と前記第２の演算部からの第２の充電状態推定値とに基づいて、前記第２の演算部の演算周期における第２の充電状態推定値の変化量を所定値以下に制限する変化量制限部と、
前記第１の充電状態推定値と前記変化量制限部からの出力との何れかを選択する選択部と、
を備え、
前記所定のゲインは、前記電力貯蔵装置の充放電停止後の前記電圧が急変する所定期間では大きな値であり、かつ、前記所定期間が経過した後には低下して最終値が１未満に設定され、
前記第２の演算部は、前記電力変換部から出力された電流指令が前記電力貯蔵装置の充放電停止を示す場合、この所定のゲインを用いて前記開回路電圧を推定することを特徴とする充電状態推定装置。
【請求項３】
前記第２の演算部は、
前記電圧と前記電圧の前回値との差分に前記ゲインを乗じた値に、前記電圧の前回値を加算して、開回路電圧を推定することを特徴とする請求項１または２に記載の充電状態推定装置。
【請求項４】
前記第２の演算部は、
前記電力変換部と前記電力貯蔵装置との接続箇所で検出された電圧のセル電池電圧平均値を求め、前記セル電池電圧平均値と前記セル電池電圧平均値の前回値との差分に前記ゲインを乗じた値に、前記セル電池電圧平均値の前回値を加算して、セル電池の開回路電圧を推定することを特徴とする請求項１または２に記載の充電状態推定装置。
【請求項５】
前記電力貯蔵装置の容量低下に応じて補正された電池容量と、前記電流積算値を第１の充電状態推定値に変換するゲインと、を対応付けて格納するテーブルを備え、
前記第１の演算部は、
前記テーブルを参照し、前記電池容量に対応する第１の充電状態推定値を演算することを特徴とする請求項１または２に記載の充電状態推定装置。
【請求項６】
前記電力貯蔵装置の充放電停止後の時間の経過とともに低下し、かつ、電池温度に依存して変化するゲインを算出するゲイン算出部を備え、
第２の演算部は、
前記電圧と、前記電圧の前回値と、前記ゲイン算出部からのゲインと、に基づいて開回路電圧を演算することを特徴とする請求項１または２に記載の充電状態推定装置。
【国際調査報告】
2011118039.tif 000017
2011118039.tif 000018
2011118039.tif 000019
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